基于红外传感器的公共场所人流量统计系统毕业设计Word文档格式.docx
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outputhighlevel.Accordingtotheactual
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personnel
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outof,Finally,
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send
theLCDscreendisplay.Atthesametime,
thesystemalsohas
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displaying
timeand
timecanbeadjusted,thiswillenableustounderstandthechangesoftheflowofpeoplemoreintuitive.SCMcontrolprogram
ofthisdesign
usingClanguage,hastheadvantagesofthatthestructureisclear,easytounderstandandimprovethefunctions.
Keyword:
TheflowofpeopleStatistics,Thehumanbodyinfrared
sensor,The51
singlechipmicrocomputer
第1章绪论
1.1选题背景与意义
当今社会，城市发展十分迅猛，城市的人口急剧增长，人员流量日益加大。
客流通常也被称作人流量，是大型商场、购物中心、连锁店、机场、车站、博物馆、展览馆等公共场所在管理和决策方面不可缺少的数据，对于零售业而言，人流量更是非常基础的指标。
在商业竞争日益激烈的今天，有效的商业管理已经成为商业营销成败的重要因素。
商业模式逐步由传统坐商向极具主动性的行商转变，对商业管理者提出了更高要求：
必须在最短时间对市场的微弱变化做出快速反应，且具备市场预见性和最大限度的节约商业运做成本，提高商场日常经营决策的科学性、购物环境舒适性、人力资源调配的合理性等。
因其与销售量直接的正比关系，人们对人流量统计数据的重视由来已久。
人流量对于依赖于人流量量的产业来说意义重大。
就拿零售业来说，顾客是货币的携带者，又是商品的潜在购买者，研究流量规律，可以增加销售机会，将观看者转变为购物者，最大限度地挖掘商场的销售潜力，增加利润。
人流量是重要的衡量工具，通过这一准确的量化的数据，您不但可以获得您的商场、购物中心、博物馆或者飞机场完整的正在运行的状况，而且您还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织运营工作！
人流量统计的重要性主要可以表现在以下这些方面：
通过统计出入口的人流量，您可以了解出入口设置的合理程度；
通过统计出入口人流量进出的方向，可以了解出入通道设置的合理程度；
通过统计主要楼层人流量状态，从而进行店面的合理分布；
统计各个区域的吸引率和繁忙度；
有效评估所举行的营销和促销投资的回报；
根据人流量变化，更有效分配物业管理、维护人员；
通过人流量人群转化率，提高商场服务质量；
通过人流量人群购买率，提高营销和促销的效率计算人流量人群的平均消费能力；
客观决定租金价位水平；
评估和优化宣传广告和促销预算。
他们根据来访顾客数量的多少来决定回馈顾客资金的使用。
他们可以知道什么时间是开关店的最佳时间。
获得了更多在销售过程中有关销售和访问者方面的真实想法。
显示当前人流量状态和变化趋势，管理人员可以对流量比较大的区域采取预防突发事件措施[1]，并可实施观察商场当前的实际人数等等。
1.2人流量统计系统的需求分析
1.2.1国外研究现状
人们对人流量统计数据最早的方式是靠人工统计的方法来实现的。
商场派出若干名员工在预先设定好的时间，在出入口持续地对进入商场的顾客通过目测进行计数，然后利用手工统计的方式来了解、掌握商场的客流信息。
由于当今社会市场竞争异常残酷，人工统计方式已经完全不能满足市场需求，逐步被自动化统计所取代已是必然趋势。
红外遮挡系统和压力传感系统是早期自动客流信息统计所采用的主要方法，虽然它们具有易实现、低成本等优点，但是也有计数不准确、应用场所有限等缺点。
特别是在人流密集拥堵时，统计结果误差很大。
随着科学技术的飞速发展，传感器技术也越来越多的应用在了客流量采集方面，出现了基于传感器的客流信息采集系统，但此系统适应性不强，仅适于客流量小的场所。
后来又引入的压力传感器计数技术，通过对人体通过压力传感器时产生的压力信号进行判断来确定人数。
然而压力传感器的缺点也很明显，不但客流密集时不能准确计数，而且使用寿命短，安装调试也很不方便。
近年来的研究热点是基于视频的客流统计方法。
随着计算机技术的飞速发展和图像处理技术的日益兴起与不断发展，传统的客流统计方法所面对的很多问题有了新的应对方法。
采用视频分析技术的视频客流统计系统开始崭露头角，因其优越的性能、精确的统计结果、简单的安装实现方式以与低廉的成本等特性，正逐步被商场等购物场所采纳使用[2]。
据统计，目前、日本、新加坡、欧美等发达国家和地区90%以上的大型商场与连锁商业网点都在广泛使用实时客流分析系统。
1.2.2生产需求状况
对于那些希望切实监控商场各个门店客流销售情况，并且正确的做出决策的管理者，人流统计分析是一个很好地辅助工具。
它可以向管理者展示当前的事实客流数据，使管理者对各个时段的客流做出分析，高效的完成商场的管理工作。
对于人流量比较集中的大型公共场所，掌握各个区域的人流量变化情况显得更加重要，管理者可以提前对流量比较大的区域采取预防突发事件措施，所以说人流量统计系统的发展前景非常好。
随着电子技术的迅猛发展，智能视频技术将成为研究的热点，并替代传统的人流统计系统。
1.3本文的工作和结构
本次设计的主要容是：
以51单片机为核心，添加必要的元器件，实现一个简易的人流量统计系统，它符合人流量统计的基本要求，并且具有显示时间和时间可调的功能。
论文首先讨论了研究方案的选择以与各种元器件的选择之后，开始介绍整个系统的硬件电路的各个模块的功能，以与整个系统的仿真结果。
最后通过必要的流程图讲解了整个软件的设计过程，最终完成论文的编写。
第2章设计方案研究
2.1设计容
本次的设计容是利用单片机和必要的元器件设计一个简易的公共场所人流量统计系统，具体要求如下：
（1）、用电子器件设计制作一个人流量系统，使之可以统计和显示在某一时间进出的人流量。
（2）、每当有一个人从门进入时，IN门将显示加一；
当有一个人从门出去时，OUT门将显示加一。
（3）、该系统能够显示时间从早上8:
00——晚上8:
00，从而计算在这段时间的人流量。
2.2设计方案讨论
此次设计的人流量统计系统有两种方案：
第一种是采用压力传感器来检测，通过判断人体的重量来判断是否有人进出。
第二种是采用红外传感器检测，其中方案一传感器对人体重量要求严格，对踩在上面的人所产生的压力的不确定性而产生误判，而且工程量大，不易安装。
所以，在本次设计中我决定采用红外传感器来得到是否有人通过的信号，传感器与单片机相连，单片机通过传感器输入的电信号的变化判断人员的进出，最后由单片机将人员进出情况送液晶显示屏进行显示，原理框图如图2-1所示。
图2-1人流量统计系统原理框图
系统想要准确的统计出进出门的人数，就要求传感器要有很强的抗干扰性，现在最常用的传感器是红外对管和热释电人体红外传感器。
红外对管的原理是：
一个红外发射，一个红外接收，当有物体档在中间时，接收管接收不到信号，发出的电脉冲也不一样大小，可以利用电脉冲的变化来判断有无人员通过门[3]。
但是采用红外对管不利于安装，并且干扰很大，比如一个人推着一个箱子通过门进入室，这时红外信号将被遮挡两次，导致统计结果就是进入2人，统计误差将会很大[4]。
所以在这次的设计中我将采用热释电人体红外传感器来检测人员的进出，热释电人体红外传感器的特点是它只有在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再没有信号输出，所以热释电人体红外传感器只对运动的人体敏感，不会被其他物体干扰，所以不会出现上面的情况。
所以说热释电人体红外传感器比红外对管具有更高的抗干扰性，而且安装更为方便。
此外系统还要求能显示时间并且时间可调，一种方法是通过程序控制单片机自己的系统时钟做“秒”“分”“时”的累计，模拟出一个标准时间。
另一种是用DS1302时钟芯片，它能够向单片机提供秒、分、时、日、月、年、与星期等实时时间信息，并能够对闰年天数自动调整，日历有效至2100年。
第一种方案中单片机的定时器用的是它自己的晶振，不是专门用来做电子钟的，因此精度不高，而且操作麻烦，不容易实现。
DS1302它是一种时钟芯片，部有专用的寄存器用于存年月日时分秒，用的晶振也是另接的，高精度。
当秒改变到一定量是，分会自动加一，写程序比较简单，所以采用时钟芯片向单片机提供时间信息。
在显示方面可以采用LCD或LED来显示，其中数码管显示容单一，液晶则比较丰富；
数码管一般就是一个7段的8字，当然多的有16段的中间米字型的，液晶可以显示各种容。
（最基本的）数码管是自发光的，液晶是靠背光（环境）的。
数码管是LED发光的效果，液晶是分子偏转引起的暗影效果，而且数码管比液晶耗电。
所以在系统中采用LCD显示容[5]。
系统总体框图如图2-2所示。
图2-2系统框图
第3章人流量统计系统的硬件电路
3.1单片机最小系统系统
3.1.1STC89C51芯片简介
STC89C51RC是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片含8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统与80C51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。
STC89C51系列单片机是从引脚到核都完全兼容标准8051的单片机，有PDIP-40、PLCC-44、PQFP-44三种封装形式。
STC89C51/52/53/54/55/58/516芯片分别含有4K／8K/15K/16K/20K/32K/64K字节FLASHROM供用户编程使用。
除了含FLASHROM容量的不同外，STC89C系列单片机还分成STC89C5xRC/RD+（VCC为5V）、S17C89LE5xRC/RD+（VCC为3.3V）、STC89LE5xAD（VCC为3.3V，带8位A/D转换电路）等型号。
其中51/52/53型号后缀为RC，表明片集成了512字节RAM。
54/58/516型号后缀为RD+，表明片集成了1280字节RAM。
后缀为AD则表明片集成了A/D转换电路和512字节RAM。
STC89C系列单片机是高速/低功耗的新一代8051单片机，最高工作频率可分别达到25MHz～50MHz，具体在芯片上的型号名称后以“-XX”标注。
STC89C系列单片机有较宽的工作电压，5V型号的可工作于3.4V～6.0V，3.3V型号的可工作于2.0V～4.0V（ISP/IAP操作时对电压要求会稍严）。
正常工作模式下的典型耗电为4mA～7mA，空闲模式为2mA，掉电模式（可由外部中断唤醒）下则小于0.1μA。
3.1.2STC89C51各引脚功能
STC89C51芯片总共有有40个引脚，其中32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片时钟振荡器。
STC89C51芯片的引脚分布图如图3-1所示。
图3-1STC89C51引脚图
STC89C51芯片的各引脚的功能如下：
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门
电流。
当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
表3-1P3口特殊功能
引脚
功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（记时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机
器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将
不会出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.1.3最小系统电路图
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,就是指一个单片机能开始独立工作所需的最基本的外部电路连接[6]。
对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：
单片机、晶振电路、复位电路。
在Protues中绘制的最小系统如图3-2所示。
图3-2单片机最小系统图
在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序运行不正常或死机（停止运行）时，就需要进行复位操作。
MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。
如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。
所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以当充电到0.7倍即为
3.5V），需要的充电时间是电容的值与电阻的值相乘为0.1S。
在启动的0.1S，电容两端的电压从0~3.5V增加。
这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少。
所以在0.1S，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。
而在51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，所以在开机0.1S，单片机系统自动复位。
在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。
当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。
随着时间的推移，电容的电压在0.1S，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作[7]。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性。
电路中的电容典型值通常选择30pF左右，该电容大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性[8]。
晶振的振荡器频率的围通常在1.2～12MHz之间，晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就变高，单片机的运行速度也就越快。
但反过来运行速度快，对存储器的速度要求就高。
对印刷电路板的工艺要求也高，即要求浅间的寄生电容要小；
晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生生活，更好的保证振荡器稳定，可靠地工作。
电路中的两个电容的作用有两个：
一是帮助振荡器起振（C1
C2的值大，起振的速度慢；
反之，速度快。
）；
二是对振荡器的频率起到微调的作用（C1
C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。
本设计采用12MHz晶振，并联两个22pF瓷片电容C1与C2构成时钟电路。
3.2DS1302时钟芯片模块
3.2.1DS1302时钟芯片简介
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与单片机进行通信。
实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可以自动调整，时钟操作可通过AM/PM标志位决定采用24或12小时时间格式。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根I/O线：
复位（RST）、I/O数据线、串行时钟（SCLK）。
时钟/RAM的读/写数据以一字节或多达31字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功耗小于1mW。
工作电压宽达2.5～5.5V。
采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的外部引脚功能说明如图3-3所示。
图3-3DS1302引脚图
DS1302各引脚功能如表3-2所示。
表3-2DS1302各引脚功能
X1，X2
32.768kHz晶振引脚
GND
地
RST
复位（低电平有效）
I/O
数据输入/输出
SCLK
串行时钟
VCC1
可提供单电源控制也可用作备用电源
VCC2
主电源引脚
DS1302的部主要组成部分为：
电源控制、移位寄存器、命令与控制逻辑、振荡器与分频器、实时时钟以与RAM。
虽然数据分成两种，但是对单片机的程序而言，其实是一样的，就是对特定的地址进行读写操作。
DS1302的部结构如图3-4所示。
图3-4DS1302结构图
3.2.2DS1302芯片工作原理
DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。
数据在时钟（SCLK）的上升沿时串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。
时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。
3.2.3DS1302的寄存器和控制命令
对DS1302的操作就是对其部寄存器的操作，DS1302部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。
此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器与与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器以外的寄存器。
日历、时间寄存器与控制字如表3-3所示。
表3-3DS1302时间寄存器与控制字
寄存器名称
取值围
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
秒寄存器
00~59
CH
秒的十位
秒的个位
分寄存器
分的十位
分的个位
小时寄存器
01~12或00~23
12/24
A/P
HR
小时的个位
日寄存器
01~31
日的十位
日的个位
月寄存器
01~1
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